最初，地球处于熔融状态，这对生命而言实在是太热了。在大约5亿年的时间里，它逐渐冷却下来，形成了一个固体外壳。原初的大气中绝大部分都是氢气，但这种状况并不持久。能量稍高的原子很快就逃逸到宇宙空间中了，因为当时（现在也是）地球的引力太弱而不足以束缚它们。甚至很可能在某个时期，地球上根本没有大气，但这种状况也发生了变化。其时的火山活动很可能活跃得多也猛烈得多，来自核心深处的爆发很快就释放出了足量的气体，形成了一层新的大气。当然，这层大气与现在也很不一样，最明显的区别就是它缺少氧气。然而随着大气中的水汽开始冷凝，随之而来的地球进入所谓“暴雨”（GreatRains）时代，它的持续时间很长，雨水足以将低洼区域填满，形成最早的海洋。 地球形成时，也曾一度被残余的物质不停地“暴轰”。当我们观测月球时，能发现明显的证据，遍布其上的环形山就是在这一时期的撞击中产生的。当然，地球也经受了同样的撞击，但是它的绝大多数“伤痕”都被侵蚀掉了。值得指出的是，如果不是这种结构上的持续变化——平原相撞挤压出高山，今天的地球将是一个完全被水覆盖着的平整球体。地质变化的驱动力来自地心深处铀和其他不稳定重元素的衰变。正如我们已经看到的那样，这些重元素必定来自前代恒星的灾难性死亡。因此，适于生命出现的舞台能被搭建起来，许多发生在宇宙远处的天文事件是功不可没的。 生命的出现比通常认为的时间要早得多。最早能自我复制的生物体很有可能是在大约43亿年前出现的。生命的最早证据（来自第一代显然非常原始的有机体），就是大气中氧气比例的显著上升。相当数量的氧气的存在，是生命存在的不可辩驳的信号，这一事实让那些有志于在其他恒星周围寻找地球大小的行星的天文学家们看到了希望。尽管星际旅行或许只是天方夜谭，但我们完全有可能看到遥远星球的生命信号。迄今为止，最古老的生命遗迹是在格陵兰西部阿卡利亚岛（Akilia）上远古时期的岩石中发现的，距今已有38亿年。 生命起源的确切过程仍然不清楚，和众所周知的创世神话相反，现在还没人能在实验室里较为接近地重复这个壮举。理论认为（未经证实）化学反应是被诸如闪电和太阳的短波辐射等过程产生的能量激发的。随着时间流逝，越来越多的复杂分子被制造出来，直到最后出现了可以自我复制的分子。自我复制的能力，或繁殖的能力，是我们所谓的“生命”的基础。繁殖过程并不完美，每一代都可能发生随机的变化——复制过程中的误差。有些随机的“突变”（生物学上的术语）更加成功，比其他的变异存活得更长或者更易于繁殖，因此更有可能形成下一代，这种差异微小的形体之间的竞争就是进化论的核心要义。从那些原始可复制物质（仅仅是些复杂分子）演变出我们身边这些不计其数的生物的过程开始了，漫长而又神奇。 已知的最早的化石是细菌化石。这些有机体很可能存活于当时地球上的热海洋中。我们对它们的年龄测定满怀信心，因为地质学方法能告诉我们保存了这些原始有机体残骸的岩石的年龄。在这一时期的岩石中，我们也找到了所谓的“叠层石”，即由蓝绿色的藻类构成的岩石状结构，也被称为“蓝细菌”（或蓝藻）。蓝藻可以追溯到35亿年前，并且令人吃惊的是，有些类型至今仍然存活，例如澳大利亚领地的北部区域就以此著称。在地球的早期历史中，蓝藻在制造游离氧原子中扮演了举足轻重的角色，这一过程启动了制造适于呼吸的大气的进程。 我们已经发现生命具有极其丰富的多样性，有些生命形式的适应能力令人惊异，能在最严酷的环境中存活。例如，最早的生命可能出现的地方之一是在酷热的地壳裂缝口周围，也就是通常所说的黑烟口（blacksmoker）。其实就是海底的裂缝，炽热的酸液从下面涌出，由于恶臭的东西通常是黑色的，这一别名因此而来。从这些裂缝（至少在海平面下1英里处）涌出的酸水温度，可能高达400℃。水能够达到这么高的温度（远高于通常的沸点），是因为这里的压力是地表处大气压力的25倍。超乎想象的是，这些裂缝处有着相当丰富的特殊生命形式。像管状蠕虫、褐虾甚至蛤类，能在这种与醋一样酸的环境中生存并且不需要从太阳那里获取任何能量，而绝大多数其他海洋生物在这里将会立刻毙命。 世界范围内的化石记录能让我们追踪生命的进化历程。一般而言，生命进化得相当缓慢，在很长一段时期内，它们仅局限于海洋中，直到大约4亿年前的泥盆纪时期，生命才扩张到了陆地上，先是植物，然后是节肢动物（诸如昆虫、蜘蛛和甲壳类动物）以及脊椎动物。植物在陆地上生长，持续地改变着大气的成分。它们的存活需要通过光合作用从空气中吸收二氧化碳来合成糖分子养料。这一过程的副产品就是氧气，是由植物释放到空气中的。
